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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 13 (Química) do ITA 2014

Química · Química: Lei de velocidade e ordem de reação

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6{,}02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C} \cdot \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A} \cdot \text{s} \cdot \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J} \cdot \text{V}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\text{ L}\quad (\text{CNTP})
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm} \cdot \text{L} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1} =
\quad 62{,}4\text{ mmHg} \cdot \text{L} \cdot \text{K}^{-1} \cdot \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\text{ m} \cdot \text{s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101\,325\text{ N} \cdot \text{m}^{-2} = 760\text{ Torr}

1\text{ J} = 1\text{ N} \cdot \text{m} = 1\text{ kg} \cdot \text{m}^2 \cdot \text{s}^{-2} ; 1\text{ pm} = 1 \times 10^{-12}\text{ m} ; 1\text{ eV} = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ J}

Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\text{ mmHg}

Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}

Condições-padrão: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm} ; concentração das soluções = 1\text{ mol} \cdot \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.

(s) = \text{sólido}. (\ell) = \text{líquido}. (g) = \text{gás}. (aq) = \text{aquoso}. (CM) = \text{circuito metálico}. (conc) = \text{concentrado}.

(ua) = \text{unidades arbitrárias}. [A] = \text{concentração da espécie química } A\text{ em }\text{mol} \cdot \text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g} \cdot \text{mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g} \cdot \text{mol}^{-1})
H 1 1,01 Ti 22 47,87
B 5 10,81 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Ni 28 58,69
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Zn 30 65,38
F 9 19,00 As 33 74,92
Na 11 22,99 Se 34 78,96
Mg 12 24,31 Ag 47 107,90
Al 13 26,98 Sn 50 118,70
P 15 30,97 Te 52 127,60
S 16 32,07 I 53 126,90
\text{C}\ell 17 35,45 Xe 54 131,30
Ar 18 39,95 Au 79 197,00
K 19 39,10 U 92 238,00

Considere a reação química genérica \text{A} \rightarrow \text{B} + \text{C}. A concentração do reagente [\text{A}] foi acompanhada ao longo do tempo, conforme apresentada na tabela que também registra os logaritmos neperianos (\ell\text{n}) desses valores e os respectivos recíprocos (1/[\text{A}]).

\text{t (s)} [\text{A}]\ (\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}) \ell\text{n } [\text{A}] 1/[\text{A}]\ (\text{L}\cdot\text{mol}^{-1})
0 0,90 - 0,11 1,11
100 0,63 - 0,46 1,59
200 0,43 - 0,84 2,33
300 0,30 - 1,20 3,33
400 0,21 - 1,56 4,76
500 0,14 - 1,97 7,14
600 0,10 - 2,30 10,00

Assinale a opção que contém a constante de velocidade CORRETA desta reação.

  1. A
    4 \times 10^{-3}\ \text{s}^{-1}
  2. B
    4 \times 10^{-3}\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}
  3. C
    4 \times 10^{-3}\ \text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}
  4. D
    4 \times 10^3\ \text{s}^{-1}
  5. E
    4 \times 10^3\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1}
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Resolução comentada

Para descobrir a constante, primeiro é preciso saber a ordem da reação. Cada ordem tem uma grandeza que varia linearmente com o tempo:

  • ordem zero: [A] contra t;
  • primeira ordem: \ln[A] contra t, com k = -\text{inclinação};
  • segunda ordem: 1/[A] contra t.

Testando com a tabela:

  1. [A] não é linear: cai 0{,}27, depois 0{,}20, depois 0{,}13 a cada 100 s.
  2. 1/[A] não é linear: sobe 0{,}48, depois 0{,}74, depois 1{,}00.
  3. \ln[A] é praticamente linear: varia -0{,}35, -0{,}38, -0{,}36, -0{,}36, -0{,}41, -0{,}33 a cada 100 s, ou seja, cerca de -0{,}36 por 100 s.

Logo, a reação é de primeira ordem. Calculando a inclinação entre t=0 e t=600\ \text{s}:

k = -\frac{-2{,}30-(-0{,}11)}{600-0} = \frac{2{,}19}{600} \approx 3{,}65\times10^{-3}\ \text{s}^{-1} \approx 4\times10^{-3}\ \text{s}^{-1}

Na primeira ordem, v = k[A]. Como v é dada em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\cdot\text{s}^{-1} e [A] em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}, a unidade de k é \text{s}^{-1}.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BUsa a unidade de velocidade (ordem zero), mas a reação é de primeira ordem.
  • CUsa a unidade de segunda ordem, mas 1/[A] não é linear no tempo.
  • DValor com expoente positivo, incompatível com o decaimento lento observado.
  • EExpoente e unidade errados.

Assunto: Lei de velocidade e ordem de reação.

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Ver como caiu na prova Questão 13 no caderno Química do ITA 2014

Fonte: ITA 2014 · Química. Prova oficial ↗